Tecnología cuántica

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La tecnología cuántica, un ámbito en crecimiento dentro de la física y la ingeniería, engloba diferentes tecnologías que se fundamentan en las características de la mecánica cuántica,[1]​ sobre la cual abarca fenómenos como el entrelazamiento, la superposición y la tunelización cuántica. Ejemplos de avances en este campo incluyen la computación cuántica, sensores, criptografía, simulación, medición y generación de imágenes. Estas tecnologías emergentes tienen un impacto significativo en diversos campos, como la exploración espacial.[2]​

Puntos cuánticos coloidales irradiados con luz ultravioleta. Los puntos cuánticos de diferentes tamaños emiten luz de diferentes colores debido al confinamiento cuántico.

Historia[editar]

El campo de la tecnología cuántica se describió por primera vez en un libro de 1997 de Gerard J. Milburn,[3]​ al que siguió un artículo de 2003 de Jonathan P. Dowling y Gerard J. Milburn,[4]​[5]​ así como un Artículo de 2003 de David Deutsch.[6]​

Muchos dispositivos ya disponibles dependen fundamentalmente de los efectos de la mecánica cuántica. Estos incluyen sistemas láser, transistores y dispositivos semiconductores, así como otros dispositivos como reproductores de imágenes MRI. El Laboratorio de Ciencia y Tecnología de la Defensa del Reino Unido (DSTL) agrupó estos dispositivos como 'quantum 1.0' para diferenciarlos de lo que denominó 'quantum 2.0', que definió como una clase de dispositivos que crean, manipulan y leen activamente estados cuánticos de materia utilizando los efectos de superposición y entrelazamiento.[7]​

Comunicaciones seguras[editar]

La comunicación segura cuántica es un método que se espera que sea 'seguro cuántico' con la llegada de los sistemas informáticos cuánticos que podrían romper los sistemas criptográficos actuales utilizando métodos como el algoritmo de Shor. Estos métodos incluyen la distribución de clave cuántica (QKD), un método de transmisión de información utilizando luz entrelazada de una manera que hace que cualquier intercepción de la transmisión sea obvia para el usuario. Otro método es el generador de números aleatorios cuánticos, que es capaz de producir números verdaderamente aleatorios a diferencia de los algoritmos no cuánticos que simplemente imitan la aleatoriedad.[8]​

Informática[editar]

Artículo principal: Computación cuántica

Se espera que las computadoras cuánticas tengan una serie de usos importantes en campos informáticos como la optimización y el aprendizaje automático. Quizás sean más conocidos por su capacidad esperada para llevar a cabo el algoritmo de Shor, que se puede utilizar para factorizar grandes números y es un proceso importante en la seguridad de las transmisiones de datos.

Simuladores cuánticos[editar]

Artículo principal: Simulador cuántico

Los simuladores cuánticos son tipos de computadoras cuánticas que se usan para simular un sistema del mundo real y se pueden usar para simular compuestos químicos o resolver problemas de física de alta energía.[9]​[10]​ Los simuladores cuánticos son más simples de construir que las computadoras cuánticas de propósito general porque no es necesario un control total sobre cada componente.[9]​ Los simuladores cuánticos actuales en desarrollo incluyen átomos ultrafríos en redes ópticas, iones atrapados, conjuntos de qubits superconductores y otros.[9]​

Sensores[editar]

Artículo principal: Sensor cuántico

Se espera que los sensores cuánticos tengan una serie de aplicaciones en una amplia variedad de campos, incluidos los sistemas de posicionamiento, la tecnología de la comunicación, los sensores de campos eléctricos y magnéticos, la gravimetría[11]​, así como áreas de investigación geofísicas como la ingeniería civil[12]​ y la sismología.

Metas futuras[editar]

En el ámbito de la tecnología cuántica estamos en los primeros dos años de su vida. Para cada sección individual de la tecnología cuántica, como computadoras cuánticas, simuladores, comunicaciones, sensores y metrología, hay mucho margen de mejora según lo cuántico en pocas palabras.[13]​ En los próximos dos años, las computadoras cuánticas esperan procesar 50 qubits, así como demostrar la aceleración cuántica y superar a las computadoras clásicas. Los simuladores cuánticos tienen la capacidad de resolver problemas más allá de la capacidad de una supercomputadora. Para obtener más información, visite Tecnologías cuánticas en pocas palabras.[13]​ Según el experto en tecnología cuántica Paul Martin, la tecnología cuántica promete mejoras en los dispositivos cotidianos, como la navegación, los sistemas de cronometraje, la seguridad de las comunicaciones, las computadoras y una imagen médica más precisa.[cita requerida]

Programas de investigación[editar]

A partir de 2010, varios gobiernos han establecido programas para explorar las tecnologías cuánticas,[14]​ como el Programa Nacional de Tecnologías Cuánticas del Reino Unido,[15]​ que creó cuatro "centros" cuánticos, el Centro de Tecnologías Cuánticas de Singapur y QuTech, una empresa holandesa centro para desarrollar una computadora cuántica topológica.[16]​ En 2016, la Unión Europea presentó Quantum Technology Flagship,[17]​[18]​ un megaproyecto de 10 años de duración de 1000 millones de euros, similar en tamaño a los proyectos líderes anteriores europeos de tecnologías futuras y emergentes.[19]​[20]​ En diciembre de 2018, Estados Unidos aprobó la Ley de Iniciativa Cuántica Nacional, que proporciona un presupuesto anual de mil millones de dólares para la investigación cuántica.[21]​ China está construyendo la instalación de investigación cuántica más grande del mundo con una inversión prevista de 76 000 millones de yuanes (aproximadamente 10 000 millones de euros).[22]​[23]​ El gobierno indio también ha invertido 8000 millones de rupias (aprox. US$1.02 mil millones) durante 5 años para impulsar las tecnologías cuánticas bajo su Misión Nacional Cuántica.[24]​

En el sector privado, las grandes empresas han realizado múltiples inversiones en tecnologías cuánticas. Organizaciones como Google, D-wave Systems y la Universidad de California Santa Bárbara[25]​ han formado asociaciones e inversiones para desarrollar tecnología cuántica.

País /Grupo Nombre del Centro/ Proyecto Control gubernamental (si/no/parcial) Tipo de Investigación de Tecnología Cuántica Fecha de creación Financiamiento
Australia Australian Research Council Centres of Excellence Si Computación 2017 US$94 millones
Australia Department of Defence’s Next Generation Technologies Fund Si Inteligencia integrada, vigilancia y reconocimiento

Capacidades espaciales

Rendimiento humano mejorado

Productos de contramedidas médicas

Ciencias de los materiales multidisciplinares

Tecnologías cuánticas

Sistemas autónomos de confianza

cibernético

Sensores avanzados

Hipersónicos

Capacidad de energía dirigidas[26]​

2016[27]​ US$4.5M
Australia Sydney Quantum Academy Parcial Economía cuántica 7 de diciembre de 2020[28]​ US$15.0M[29]​
Australia Silicon Quantum Computing Parcial Computación cuántica Mayo 2017 US$83M[30]​
Canadá Canadian Space Agency Quantum Encryption and Science Satellite Parcial Distribución de claves cuánticas(QKD)[31]​ Diciembre 2017
Canadá National Research Council of Canadá’s Security and Disruptive Technologies Research Centre: Quantum Sensors and Security program Parcial Tecnologías emergentes y disruptivas de mayor alcance 2012 US$23M
Canadá Natural Sciences and Engineering Research Council/UK Research and Innovation Parcial Desarrollo de tecnología cuántica US$3.4M
Canadá Canadá’s National Quantum Strategy Parcial La estrategia guiará las inversiones en torno a tres pilares: investigación cuántica, talento y comercialización, hacia el logro de tres misiones clave, en computadoras y software cuánticos, comunicaciones y sensores. 2023 US$267M
China Chinese Academy of Sciences Center for Excellence in Quantum Information and Quantum Physics Si General Mayo 2015 US$10.0B
China Proyecto Quantum Experiments at Space Scale (QUESS) (el satélite Micius) Si Distribución de claves cuánticas Mayo 2015
China Beijing–Shanghai Quantum Secure Communication Backbone Si Información y comunicación cuántica Mayo 2015
China National Quantum Laboratory Si Metrología cuántica y construcción. de una computadora cuántica Mayo 2015 (inaugurado en 2020)
Unión Europea Quantum Technologies Flagship program Si Computación cuántica

Simulador cuántico

Comunicación cuántica

Metrología y mediciones cuánticas[32]​

2018 Presupuesto esperado €1000 millones[32]​
Unión Europea Coordination and support action for Quantum Technology Education (QTEdu) Si Educación[33]​ 2020
Unión Europea QuantERA Si Tecnologías cuánticas 2016[34]​ €89 million[35]​
Unión Europea Open European Quantum Key Distribution (OpenQKD) Si Criptografía cuántica[36]​ Sept. 2, 2019 (ended Sept. 1, 2022)[37]​ €17 974 246,25[37]​
Unión Europea European Quantum Communication Infrastructure (EuroQCI) Si Infraestructura para comunicación cuántica[38]​ June 2019[38]​ €90,000,000[39]​
Francia National Strategy for Quantum Technologies Si Computación cuántica, comunicaciones cuánticas y sensores cuánticos[40]​ 21 de enero de 2021[40]​ US$1.8B[40]​
Alemania Quantum Technologies — From Basic Research to Market Si Tecnologías cuánticas 26 de septiembre de 2018 €650M[41]​
Alemania Agenda Quantensysteme 2030 Si Computación cuántica, Simulador cuántico, Información y comunicación cuántica, Sensor cuántico, supporting technologies, public outreach 23 de marzo de 2021.[42]​
Alemania Fraunhofer-Gesellschaft-IBM colaboración Si Computación cuántica[43]​ September, 2019[43]​ €40M[43]​
Alemania QuNET Si Comunicación cuántica[44]​ 2018[44]​ €165M[44]​
India National Mission on Quantum Technologies & Applications Si Comunicación cuántica, Simulación cuántica, Computación cuántica, sensado cuántico, y metrología cuántica[45]​ 2020[45]​ Rs 8000 Crore[45]​
Israel National Program for Quantum Science and Technology Si Desarrollos cuánticos nacionales[46]​ 2019[46]​ US$360[46]​
Japón Quantum Technology Innovation Strategy Si Tecnología cuántica 2020 US$470
Japón Quantum Strategic Industry Alliance for Revolution (Q-STAR) Si Un consejo de la industria para promover las tecnologías cuánticas 1 de septiembre de 2021
Japón Quantum Leap Flagship Program Si Computación cuántica superconductora, Simulador cuántico, Computación cuántica, sensor cuántico de estado sólido, láseres[47]​ 2018[47]​ US$200M[47]​
Japón The Moonshot Research and Development Program (Goal 6) Si Computación cuántica 2019[48]​ US$963M para todo el programa no solo cuántica[48]​
Países Bajos National Agenda for Quantum Technology: Quantum Delta NL Si Computación cuántica, comunicación cuántica, y sensado cuántico[49]​ 2020[50]​ €615M[50]​
Rusia Rosatom Si Tecnologías cuánticas e investigación de infraestructura[51]​ 2021[51]​ 23000 millones de rublos[51]​
Rusia RZD (Ferrocarriles de Rusia) Si Quantum Communications[52]​ Octubre 2021[52]​ 138M Russian rubles[52]​
Singapur Quantum Engineering Program Si Quantum technology[53]​ 2018[53]​ US$121.6M[53]​
Singapur Centre for Quantum Technologies (CQT) Si Tecnologías cuánticas[54]​ 2007[54]​ US$194.9M[54]​
Singapur SGInnovate- Quantum Technologies[55]​ Si Financiamiento digital 2015[56]​
Corea del Sur Quantum Computing Technology Development Project Si Tecnologías cuánticas[57]​ 2019[57]​ US$39.8M[57]​
Reino Unido National Quantum Technologies Programme Si Financiamiento d elas tecnologías cuántica en el Reino Unido[58]​ 2013[59]​ US$1000 millones[58]​
Reino Unido National Quantum Computing Centre Si Computación cuántica[60]​ A ser inaugurado en el 2023[60]​ £93m[60]​
Reino Unido Rigetti Computing Parcial Computación cuántica[61]​ 2013[62]​ US$268m[62]​
Estados Unidos Quantum Industry Consortium Si "Ecosistema cuántico" general (cadena de suministro para la industria cuántica, prioridades de inversión federales en actividades de I&D, estándares y regulaciones, industry interactions, etc.)[63]​ 2018 US$1.25B[64]​
Estados Unidos National Quantum Coordination Office Si Investigación y desarrollo en tecnología cuántica[65]​ 2019[65]​
Estados Unidos The Department of Energy Office of Science[66]​ Si Computación cuántica, algoritmos cuánticos, sensores cuánticos, procesadores cuánticos, redes cuánticas y simulación cuántica[66]​[67]​ 2019 US$900M (US$300M en el FY 2023)[68]​[69]​
Estados Unidos The National Science Foundation (Five Quantum Leap Challenges Institutes) Si Quantum computing, quantum sensors, quantum processors, quantum biological sensing, and quantum simulation[70]​[71]​ 2020[71]​ US$125M[70]​[71]​
Estados Unidos National Quantum Initiative Act Si Quantum information science and Quantum technology development[72]​ Dec. 21, 2018[72]​ US$1.275B[72]​
Estados Unidos MonArk Quantum Foundry Parcial Development of quantum materials and devices[73]​ 17 de agosto de 2021[74]​ US$19,990,000[74]​
Estados Unidos Center for Quantum Networks Parcial Computación cuántica[75]​ 2020[75]​ US$26 m[75]​
Estados Unidos National Q-12 Education Partnership Si Educación[76]​ 2020[76]​ US$1M[76]​

Véase también[editar]

Referencias[editar]

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